Petani dan produsen sama-sama memimpikan hari ketika, alih-alih mengirim suku cadang, mereka dapat dengan cepat dan mudah menguji dan membuatnya sendiri.
Mimpi itu semakin dekat untuk menjadi kenyataan, karena sains dan seni pencetakan 3D tumbuh dalam ruang lingkup dan popularitas. Teknologi ini memungkinkan individu dan perusahaan untuk mencetak komponen yang disesuaikan di tempat, dengan variasi properti dan fungsi yang terus meningkat.
“Saya belum pernah bertemu dengan industri yang tidak dapat terbantu dengan pencetakan 3D,” kata Mike Nagel, manajer teknologi bisnis untuk Sistem Teknologi Lanjutan, saat presentasi di simposium Pengetahuan Teknologi Produce Marketing Association (PMA) tahun ini. Nagel telah bekerja dengan sejumlah industri, termasuk pengolahan makanan dan pertanian, dalam menerapkan sistem pencetakan 3D.
Pencetakan 3D sudah digunakan untuk membuat objek seperti organ manusia, prostesis, bentuk konstruksi, dan suku cadang kendaraan. Lebih dari 1,000 bagian pada jet Airbus terbaru dicetak 3D.
Fondasi pencetakan 3D berasal dari cara berbeda dalam memandang manufaktur, kata Nagel. Metode tradisional disebut subtraktif, di mana sebagian besar bahan mentah dikurangi, dicetak dan dibentuk menjadi produk akhir yang diinginkan. Di dunia seni, pematung adalah praktisi utama manufaktur subtraktif.
“Sebagai perbandingan, aditif, atau 3D, mengambil apa yang Anda desain dan hanya mencetak apa yang Anda butuhkan,” kata Nagel.
Manufaktur tradisional dapat berarti berurusan dengan waktu tunggu yang lama, perkakas yang mahal dan keterbatasan desain, dan seringkali lebih cocok untuk produk dengan volume tinggi, kata Nagel. Munculnya teknologi pencetakan 3D memungkinkan reaksi yang lebih cepat, kemampuan untuk mencetak hanya bagian yang diperlukan dan kemampuan untuk menguji dan membuang dengan risiko minimal. Jenis manufaktur ini lebih cocok untuk kustomisasi dan volume produk yang rendah.
Ada berbagai teknologi yang digunakan dalam pencetakan 3D, tetapi mungkin cara terbaik untuk memahami teknologi ini adalah dengan memikirkan bagaimana lapisan gula ditambahkan ke kue. Printer, bekerja dari desain berbantuan komputer (CAD) yang telah diprogram sebelumnya, menerapkan bahan yang diinginkan berlapis-lapis untuk membuat produk akhir.
Dua dari teknologi pencetakan utama adalah polyjetting dan fused deposition modeling, atau FDM. Polyjetting mirip dengan pencetakan dua dimensi tradisional, dimulai dengan cairan mentah yang diumpankan melalui tempat tidur kering yang mengeluarkan material ke permukaan berlapis-lapis. Sinar ultraviolet digunakan untuk merekatkan bahan cetak ke permukaan yang diinginkan. FDM adalah teknologi yang lebih tua. Ini memberi makan filamen plastik dari bahan yang diinginkan melalui motor penggerak. Bahan tersebut kemudian dipanaskan dan diekstrusi, juga lapis demi lapis.
Printer memiliki ukuran dan kerumitan yang beragam, dan digunakan oleh penggemar rumahan (yang telah berkumpul di komunitas penggemar online di situs web seperti thingiverse.com) hingga produsen besar.
"Di toko kami, kami memiliki produk sekecil printer kertas desktop dua dimensi tradisional hingga sistem yang beratnya 8,000 pound dan sebesar SUV besar, dan kemudian segala sesuatu di antaranya," kata Nagel.
Pertanian juga mengeksplorasi manfaat dari komponen dan bahan cetak 3D. Nagel dan Advanced Technology Systems telah bekerja dengan perusahaan mesin pertanian untuk mencetak komponen seperti menggabungkan lampiran dan aplikator benih khusus. Dalam skala yang lebih kecil, situs web FoodRising.org menawarkan perangkat lunak pencetakan 3D gratis untuk membuat barang-barang seperti katup, klem, dan fitting.
Perusahaan mesin secara konvensional membuat attachment mesinnya dengan pencetakan rotasi, yang tidak mampu mencapai semua geometri dan bentuk yang diinginkan. Pencetakan 3D memungkinkan perusahaan untuk secara murah memproduksi attachment prototipe untuk kombinasi 12-kepala, dan menguji keefektifannya dalam berbagai kondisi lapangan.
"Ini bukan sesuatu yang akan mereka hasilkan jutaan," kata Nagel. “Pencetakan 3D mengurangi risikonya dan memungkinkan ujungnya mencoba sesuatu yang baru dan mencoba berbagai bentuk dan ukuran.”
Jenis manufaktur makanan lainnya mengalami peningkatan penggunaan pencetakan 3D. Mereka termasuk:
- Pembotolan: Jalur pembotolan yang membutuhkan penggantian ukuran wadah yang sering, dan perubahan yang menyertainya dalam perkakas, dapat memanfaatkan teknologi pencetakan 3D untuk mengakomodasi variasi ukuran botol yang lebih luas.
- Makanan sarapan: Pembuat sereal menggunakan pencetakan 3D untuk membuat cetakan untuk ekstrusi baru dan bentuk baru untuk sereal – dengan perluasan, konsep yang sama ini dapat diterapkan pada potongan produk yang unik dan jenis makanan lainnya.
- Pengemasan: Karena bentuk dan ukuran paket berubah dengan frekuensi yang lebih banyak, dan bentuk yang lebih unik diinginkan, pencetakan 3D digunakan untuk menghasilkan cetakan yang digunakan untuk gaya baru ini.
- Ritel: Perlengkapan toko dan pajangan tempat pembelian semakin banyak diproduksi oleh pencetakan 3D. Ini bisa menjadi sangat penting ketika menguji dimensi barang yang perlu memaksimalkan efisiensi ruang rak yang tersedia.
Masa depan pencetakan 3D menjanjikan penggunaan teknologi yang lebih luas dan kemampuan untuk mencetak lebih banyak jenis objek. Printer sudah dapat membuat satu objek dengan hingga 70 sifat fisik yang berbeda – jauh lebih banyak daripada yang dibutuhkan, kata Nagel.
Printer juga harus tersedia lebih luas.
“Pada awalnya, perusahaan besar akan membeli banyak printer 3D dan menempatkannya di satu lokasi. Semua insinyur akan mengirim file ke hub pusat dan hub akan mencetak semua bagian dan mengirimkannya kembali ke orang yang mendesainnya. Mereka pikir itu adalah gelombang ultra-efisien masa depan. Sekarang kebalikannya. Manfaat pencetakan 3D adalah membuatnya dekat dengan Anda, dan itulah yang dilakukan perusahaan. Mereka akan mencoba hal-hal baru lebih sering dan menggunakannya dengan cara yang mereka inginkan.”
Keterampilan dan keahlian teknis diperlukan untuk membuat desain yang digunakan printer, yang akan datang dari orang-orang dengan pelatihan CAD. Beberapa tingkat keterampilan juga diperlukan untuk memindai desain ke dalam printer. Namun, hanya satu hari yang diperlukan untuk melatih seseorang mengoperasikan printer, kata Nagel.
“Jika Anda datang ke toko kami di St. Paul, Minnesota, Anda akan melihat 15 jenis printer yang berbeda, dan satu orang dapat mengoperasikan semuanya,” kata Nagel. “Kunci teknologi ini dan manfaat utamanya adalah sangat mudah dioperasikan.”
Kemudahan pengoperasian ini juga harus mendorong proliferasi printer 3D untuk penggunaan pribadi di rumah. Printer sederhana tersedia dengan harga hanya $ 500, dan jumlahnya dapat bertambah dengan cara yang mirip dengan perkembangan komputer rumahan.
Seperti teknologi lainnya, diharapkan untuk melihat kemajuan dalam kemampuan pencetakan 3D. Di masa depan, yang mungkin perlu dilakukan seseorang hanyalah memindai gambar suatu objek untuk memulai pekerjaan mencetaknya. Metode selain pelapisan, seperti membuat objek jadi dari kumpulan bahan mentah, juga dapat muncul.
Dan kemudian ada pertanyaan yang selalu ditanyakan Nagel: Bisakah makanan dicetak? Mungkinkah akan datang suatu hari ketika kita bisa menekan tombol dan mendapatkan apel Honeycrisp yang renyah dan berair atau tomat berkualitas pusaka?
Jawabannya: Kita sudah “mencetak” makanan, kalau konsepnya bisa diterapkan pada cupcakes dan snack seperti Twinkies. Bahan dasar — adonan — dibentuk dan dibentuk lalu lapisan gula dan frosting di atasnya. Namun kendala terbesar untuk mencetak makanan dari bahan dasar adalah masalah yang dihadapi banyak makanan lain: Apakah rasanya enak? Itu mungkin alasan mengapa salah satu makanan paling umum yang sekarang menjalani eksperimen untuk pencetakan 3D adalah cokelat.
